ansys workbench有限元模拟教程接触分析

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1、第五章控制程序及监控界面的开发控制系统的效率和性能一方面决定于系统的硬件设计，另一方面在很大程度上取决于应用程序的设计质量。只有将系统的硬件和软件有机的结合在一起，相辅相成，才能使系统最大程度的发挥效率。软件是计算机控制系统的神经中枢，控制系统中的控制任务最终是靠软件即应用程序的执行来完成的。因此软件开发占有相当重要的地位，本实验室自控系统是由三大软件支撑的，分别是利用PLC编程软件STEP7V5.2，嵌入式组态软件MCGS，以及虚拟仪器Labview7.0所开发的程序。STEP7基础软件是用于西门子公司SIMATICS7、SIMATICC7和SI

2、MATICWinAC等控制系统的标准开发软件，主要用于完成控制程序的开发。本实验室包含的设备种类多、数量大、各设备间关系复杂。实验室的操作者要全面、综合和有效地监控、操作和管理试验系统并不是件容易的事情，因此还需要设计合理的控制操作界面，本实验室利用MCGS嵌入式组态软件开发出形象的控制界面，并利用其提供的动画功能仿真试验系统的运行状态。无论是研究性试验还是本科教学试验，都需要采集大量的数据，并需要对这些数据作分析、存储、曲线显示等，因此本试验室采用Labview开发数据采集程序。因为他们的界面和和操作模仿物理仪器，如示波器和万用表，所以Labvi

3、ew程序被称作虚拟仪器，。在Labview中包含了一系列进行采集、分析、显示的工具，能很快的帮助解决复杂数据采集问题。通过这些软件的应用，可以构造强大的实验室自控系统。§5.1控制程序方案确定§5.1.1控制算法的选择随着智能控制技术的发展，不断有空调控制算法方面的报道，现已有模糊控制、神经网络控制、自适应控制、解耦控制在变风量空调系统中的应用的思想，但这些研究成果多为仿真结果，在实际应用还用一定的距离，而PID算法控制简单、抗干扰性好、可靠性高等优点[46]。PID控制是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单、代码少，可靠性高等优点，使得PI

4、D在工程中应用达90%以上。当用计算机实现后，数字PID控制器更显示出参数调整灵活、算法变化多样化、简单方便的优点。同时在其他智能控制算法发展的同时，PID算法同样也在发展，出现了模糊PID、带死区的PID等改进算法。使用PID算法在应用范围内控制精度较高：由于PID控制存在积分的作用，可使微小的误差得以累计，从而最终消除静差。PID算法也存在一些缺点，改进PID调节器的内部结构或算法，可得到更好的调节效果。考虑到工程实用性，本试验室各模拟量控制环路采用PID控制算法，由PLC中的PID特殊功能模块实现。§5.1.2模拟PID与数字PID控制算法1

5、.模拟PID控制器模拟PID控制系统原理框图如下图所示，系统由模拟PID控制器和受控对象组成。图5-1模拟PID控制系统原理图PID控制器根据给定值r(t)与实际输出c(t)构成的控制偏差：(5-1)将偏差的比例（P）、积分（I）、微分（D）通过线性组合构成控制量，对受控对象进行控制，其控制规律为：(5-2)式中：为比例系数，为积分时间常数，为微分时间常数。简单来说，PID控制器各环节的作用如下：ww     比例环节：即时、成比例地反应被控参数的偏差信号，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用以减小误差。ww     积分环节：主要用于消除静差，提

6、高系统的无差度，积分作用的强弱取决于积分时间常数了，越大，积分作用越弱，反之则越强。ww     微分环节：能反应偏差信号的变化趋势，并能在偏差信号值趋向变大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。2.数字PID控制器计算机实现PID控制时，首先必须将上述PID控制规律的连续形式变成离散形式，然后才能编程实现。根据输出量的形式，PID控制器可分为位置式PID和增量式PID，位置式控制算法的离散方程形式为：(5-3)式中：—采样时间；—采样序号，k=0,1,2,……；－第k次采样输入的偏差值；=KPT/TI—积

7、分系数；=KPTD/T—微分系数。从公式（5-3）可以看出积分项是从第一个采样周期到当前采样周期所有误差项的函数，微分项是当前采样和前一次采样的函数，比例项仅是当前采样的函数，在数字计算机中未保存所有的误差项，占用很大内存，实际使用也不方便，所以在工业过程控制中常采用另一种被称为增量型PID控制算法的算式。采用这种控制算法得到的计算机输出是执行机构的增量值，其表达式为(5-4)可见，除当前偏差值外，采用增量式PID算法只需保留前两个采样周期的偏差，即和,在程序中简单地采用平移法即可保存，免去了保存所有偏差的麻烦。增量PID算法的优点是编程简单，数据

8、可以递推使用，占用内存少，运算快。§5.1.3STEP7中的PID功能块STEP7开发环境内部集成了PID算法模块FB41